洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

1、山東大學(xué)（威海）電工課程設(shè)計(jì)組長：張丁元組員：鄧伊涵 程雪峰 張 蒙 叢 銘 張順程 彭博銳2014級機(jī)械一班洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)目錄摘要1 數(shù)字電路案.2 單元電路元器件的選擇及設(shè)計(jì)2.1 秒脈沖發(fā)生電路2.1.1 秒信號發(fā)生器元器件的選擇2.1.2 秒脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì)2.2 計(jì)時電路2.2.1 計(jì)時電路元器件的選擇2.2.2 計(jì)時電路的設(shè)計(jì)2.3 數(shù)字顯示電路2.3.1 數(shù)字顯示電路元器件的選擇2.3.2 數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì)2.4 狀態(tài)顯示電路2.4.1 狀態(tài)顯示電路元器件的選擇2.4.2 狀態(tài)顯示電路的設(shè)計(jì)2.5 洗衣機(jī)電機(jī)控制電路2.5.1 洗衣機(jī)控制電路元器件的選擇2.5.2 洗衣機(jī)

2、控制電路的設(shè)計(jì)3 模塊總體電路實(shí)現(xiàn)及工作原理3.1 整體電路的實(shí)現(xiàn)3.2 總體電路工作原理4 實(shí)物展示5 總結(jié)與體會6元器件清單一、摘要電路主要分為顯示電路、秒脈沖發(fā)生電路、計(jì)時電路、報(bào)警狀態(tài)電路和控制電路。顯示電路使用的是兩個單位的共陰極八段數(shù)碼管。秒脈沖發(fā)生電路采用了555定時器芯片，產(chǎn)生秒信號，作為各芯片的時鐘信號。計(jì)時電路使用的是四片十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192芯片，分別設(shè)計(jì)為一百進(jìn)制和六十進(jìn)制電路，用于完成時間的定時、計(jì)時功能。報(bào)警電路和狀態(tài)顯示電路使用的是簡單的非門和與非門74LS04、74LS00組成的邏輯組合電路，控制蜂鳴器和發(fā)光二極管，來實(shí)現(xiàn)報(bào)警和狀態(tài)顯示。電機(jī)控制電路采用

3、了3-8譯碼器74ls138和與非門電路的組合，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反暫停狀態(tài)。通過預(yù)置洗衣機(jī)的洗滌時間來自動的正反轉(zhuǎn)和暫停，并且用不同的指示燈來表示洗衣機(jī)的正逆暫停三狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)定時時間后，會自動報(bào)警。同時，用兩位數(shù)碼管來顯示預(yù)置時間和洗滌剩余時間，具有良好的用戶界面。同時基于multism的仿真設(shè)計(jì)使得電路設(shè)計(jì)過程更加方便，節(jié)省設(shè)計(jì)時間，提高設(shè)計(jì)效率。關(guān)鍵詞 ：洗衣機(jī)控制電路 數(shù)字電子控制 multism二、控制電路設(shè)計(jì)方案1、設(shè)計(jì)要求 求完成洗衣機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。控制洗衣機(jī)按定時啟動、正轉(zhuǎn)20秒、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、暫停10秒的洗滌模式不停的循環(huán)，到達(dá)定時時間后停止。并要求有數(shù)碼管顯示時間，L

4、ED顯示狀態(tài)，聲音報(bào)警。2、分析過程 洗衣機(jī)洗滌模式是以60秒鐘即一分鐘作為循環(huán)。計(jì)時方式是通過預(yù)置時間定時，因而初步設(shè)想使用一個六十進(jìn)制倒計(jì)時電路作為核心控制。預(yù)置時間以分為單位，則還需要分計(jì)時器，并且要能預(yù)置時間。同時，時間的計(jì)時按秒來進(jìn)行，則需要用一個妙信號發(fā)生器。最后，用兩位數(shù)碼管作為時間顯示電路，三個LED燈作為狀態(tài)顯示電路，蜂鳴器作為報(bào)警電路。 根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)電路基本框圖所示：60進(jìn)制定時電路LED顯示電路洗滌模式控制電路分鐘定時電路數(shù)碼管顯示電路蜂鳴器報(bào)警電路秒信號發(fā)生電路定時預(yù)置電路啟動三、模塊化設(shè)計(jì)（一）秒脈沖發(fā)生信號設(shè)計(jì)秒信號發(fā)生器采用555定時器，555定時器是一種模

5、擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器。555定時器的外引腳排列圖和內(nèi)部電路框圖分別如圖2-1和圖2-2所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級，它提供兩個基準(zhǔn)電壓和。555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時，則電壓比較器的同相輸入端的電壓為，的反相輸入端的電壓為。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于，則比較器的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于，同時TR端的電壓

6、大于，則的輸出為0，的輸出為 1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為低電平。由555定時器組成的多諧振蕩器如圖所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖(D)所示。設(shè)電容的初始電壓0,t=0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端0<，比較器1輸出為高電平，2輸出為低電平，即，（1表示高電位，0表示低電位），觸發(fā)器置，定時器輸出此時，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源經(jīng)，向電容充電，逐漸升高。當(dāng)上升到時，輸出由0翻轉(zhuǎn)為1，這時，觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<期間，定時器輸出為高電平。時刻，上升到，比較器的輸出由1變?yōu)?，這時，觸發(fā)器復(fù)0，定時器輸出。期間，放電三極

7、管導(dǎo)通，電容通過放電。按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)時比較器輸出由0變?yōu)?，R-S觸發(fā)器的，的狀態(tài)不變，的狀態(tài)仍為低電平。時刻，下降到，比較器輸出由1變?yōu)?，觸發(fā)器的1，0，觸發(fā)器處于1，定時器輸出。此時電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出，電容放電時，0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。由圖知，振蕩周期。為電容充電時間，為電容放電時間。充電時間: 放電時間： 矩形波的振蕩周期： 因此改變、和電容的值，便可改變矩形波的周期和頻率。本次設(shè)計(jì)需要秒信號，則令,C=100n

8、F, 可得,R1=43K,R2=50K為常用電阻值.（二）計(jì)時電路1、計(jì)時電路采用的是74LS192可預(yù)置同步可逆BCD碼計(jì)數(shù)器。其引腳圖如圖所示： 使用74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)一百進(jìn)制分計(jì)數(shù)器和六十秒計(jì)數(shù)器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進(jìn)制不同而已。我用四片74LS192來實(shí)現(xiàn)分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)功能，對于秒信號，要的只是減計(jì)數(shù)，所以把兩片秒計(jì)數(shù)的74LS192芯片的UP端接到高電平上去,DOWN端接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端B、C端接到高電平上，即從輸入端置入0110（十進(jìn)制的6），秒十位的LD端和借位端BO連在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯(lián)在一起。由74

9、LS192的功能表可知，LD低電平有效，產(chǎn)生借位信號時，BO也是低電平有效。當(dāng)秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時候秒計(jì)數(shù)的74LS192開始從9減到0；這時，它的借位端BO會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計(jì)數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時候，秒十位的BO發(fā)出一個低電平信號，DOWN為零時，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個DOWN脈沖來到時，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一個循環(huán)減計(jì)數(shù)工作中。 對于分計(jì)數(shù)來說，道理也是一樣的，只是要求當(dāng)秒計(jì)數(shù)完成后，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端BO端接到分計(jì)數(shù)的DOWN端作為分計(jì)數(shù)的輸入信號來實(shí)現(xiàn)秒從分計(jì)數(shù)上的借位。當(dāng)然，這些計(jì)數(shù)

10、器工作，其中的清零端CR要處于低電平，置數(shù)端不置數(shù)時要處于高電平。這是一個獨(dú)立工作的最高可以顯示99分鐘的計(jì)時器。把四個74LS192的QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機(jī)控制器的一個模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協(xié)調(diào)工作，我們可以利用分計(jì)數(shù)的UP端來進(jìn)行外部置數(shù)，當(dāng)把它們各接到一個與非門的輸出上，與非門的輸入一端接脈沖信號，一端接低電平，當(dāng)要置數(shù)時，將與非門的輸入端從低變?yōu)楦?，打開與非門，另一輸入端的的脈沖上就可以實(shí)現(xiàn)從09的數(shù)字輸入。2、計(jì)時電路電路原理圖如圖：3、數(shù)字顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路采用了兩片一位的共陰極七段數(shù)碼管，來分別

11、顯示分鐘計(jì)時的十位和個位，完成預(yù)置和顯示功能。數(shù)碼管的驅(qū)動電路采用的是共陰極的七段譯碼器74LS48，它內(nèi)部有上拉電阻，可以直接與共陰極的數(shù)碼管相連接真值表：4、狀態(tài)顯示電路洗衣機(jī)洗滌共有三個狀態(tài)，分別為暫停，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，用三個不同的顏色的LED燈來表示。在三個狀態(tài)中，4060秒為正轉(zhuǎn)、3040秒鐘為暫停、1030秒為反轉(zhuǎn)、0-10秒為暫停。分別有紅綠黃來表示正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和暫停三個狀態(tài)。三個狀態(tài)區(qū)分的標(biāo)志位為秒信號的十分位，當(dāng)74LS192輸出為00000001 為暫停；輸出為00010011 為反轉(zhuǎn)；輸出為00110100 為暫停；輸出為01000110為正轉(zhuǎn)。有效區(qū)分狀態(tài)為三位，然而直接區(qū)分，

12、難度很大，門電路會使用大很多。根據(jù)這些，因而采用3-8譯碼器芯片74LS138，經(jīng)過譯碼后有八位，容易進(jìn)行區(qū)分。其真值表如圖所示。此處74LS138作為譯碼器，G1接高電平，G2接低電平。A、B、C譯碼輸入端分別接到74LS192的輸出的低三位。Y0Y7作為輸出，低電平有效，則通過與非門電路，將Y4、Y5與非后作為紅燈輸入，表示為正轉(zhuǎn)狀態(tài)；將Y3、Y0與非后作為黃燈輸入，表示暫停狀態(tài)；將Y1 Y2與非后作為綠燈輸入，表示反轉(zhuǎn)。其與非門用74LS00芯片實(shí)現(xiàn)，5、洗衣機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)電路的控制部分主要完成電路時間的預(yù)置、電路的啟動與暫停、定時時間到后報(bào)警停止洗衣機(jī)運(yùn)行。因而選擇三個控制開關(guān)，分別

13、控制總電路的工作狀態(tài)、分個位置數(shù)和分十位置數(shù)。由于仿真過程不易實(shí)現(xiàn)定時時間到后發(fā)出音響信號，因而改用藍(lán)色發(fā)光二極管指示。對于定時時間結(jié)束后使電路停止工作，可以采用四輸入或非門接四個計(jì)數(shù)器的16個輸出，然后將得到的四個輸出接一個四輸入與門。因此或非門選擇CD4002芯片，與門選擇74LS21芯片。洗衣機(jī)控制電路要完成功能有時間預(yù)置、電路的啟動、定時時間到后報(bào)警并停止洗衣機(jī)運(yùn)行。時間預(yù)置使用兩個單刀雙擲開關(guān)，分別實(shí)現(xiàn)時間的分個位、分十位的置數(shù)功能。前兩個開關(guān)采用單刀雙擲開關(guān)，一端接地，一端接高電平。開關(guān)輸出接在二輸入與非門的一個輸入端，與非門的另一個輸入端接秒脈沖輸入。當(dāng)開關(guān)擲到高電平時，對應(yīng)的數(shù)

14、碼管隨著脈沖的輸入開始置數(shù)，置到需要的示數(shù)后可相應(yīng)的將開關(guān)擲到接地端停止置數(shù)，控制置數(shù)電路的啟動與暫停采用一個單刀單擲開關(guān)，開關(guān)一端接高電位并且和與非門的一個輸入端相連，開關(guān)另一端接地，與非門另一端接高電平。當(dāng)需要開啟電路時，將開關(guān)閉合，即接地，此時與非門輸入為0，則輸出為1，將此與非門的輸出接另一個與非門的一個輸入端，與非門另一個輸入端接秒脈沖，從而第二個與非門就會正常輸出脈沖信號，這個脈沖信號接到秒個位計(jì)數(shù)器DOWN端，從而使電路開始計(jì)時工作。需要暫停時打開開關(guān)。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后電路的四個數(shù)碼管均顯示0，即計(jì)數(shù)器的各輸出端均為零，可以利用四個四輸入或非門輸入分別接四個計(jì)數(shù)器的輸出，四個或非門的

15、輸出接在一個四輸入與門，與門輸出接發(fā)光二極管共陽極（陰極接地）和555定時器RST端。當(dāng)計(jì)時完成時，四個或非門均輸出1，則與門輸出1，使發(fā)光二極管亮的同時使555定時器復(fù)位，則秒信號發(fā)生器就會停止產(chǎn)生脈沖信號，從而使電路停止工作。（三）總體電路工作原理開始工作前先通過閉合開關(guān)J1和J2并借助脈沖對計(jì)時器分十位和分個位進(jìn)行預(yù)置數(shù)，即進(jìn)行定時，定時完成后將J1、J2打開。然后，將開關(guān)J3閉合啟動電路，開始倒計(jì)時秒計(jì)時實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時功能。將計(jì)時的分鐘十位通過3-8譯碼器74LS138輸出，以指示燈表示信號，使洗衣機(jī)工作時滿足60到40秒時正轉(zhuǎn)，紅色燈亮；39到30秒時暫停，黃燈亮；29到10秒時反轉(zhuǎn)，綠

16、燈亮；9到0秒時暫停，黃燈亮。在這里的設(shè)計(jì)舉例說明，例如29到10秒時綠燈亮，此時分鐘為1或2，所以此時的譯碼輸出為Y1或Y2，致使藍(lán)燈亮。電路計(jì)時時間結(jié)束時電路停止工作，同時藍(lán)燈亮?？傮w效果如圖所示。四、實(shí)物展示五、心得體會這次課程設(shè)計(jì)我的課題是簡易洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)與制作,本次任務(wù)的主要難度是對電路的設(shè)計(jì)和芯片的選取。通過本次實(shí)踐,我在已有的數(shù)電知識的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步加深了對這門課程的了解,如74LS192等芯片的工作原理、各種元件在實(shí)際中的應(yīng)用等，同時鍛煉了自己的動手能力。我最先要做的是繪制一份合理的洗衣機(jī)控制電路的電路原理圖，在這過程中我們根據(jù)各種元件的用途、型號及實(shí)際應(yīng)用效果，查找了許多有關(guān)

17、方面的資料，在設(shè)計(jì)的過程中需要兼顧電路各模塊的功能，需要根據(jù)需求設(shè)計(jì)中間元件的參數(shù)。接著我們開始了用Multisim進(jìn)行仿真，由于之前沒有用過這個軟件，因此安裝這個軟件花費(fèi)了我較長時間。之后對這個軟件的運(yùn)用比較順利，沒有遇見太大問題，仿真也檢測出了電路中出現(xiàn)的一些問題，經(jīng)過分析和簡化電路完成了仿真。接下來我購買了所需的電路元件，開始了我們的實(shí)物焊接階段。由于本次課程設(shè)計(jì)需要的芯片等原件較多，焊接電路時有一個地方?jīng)]焊接好整個電路就不能工作。在進(jìn)行電路連接時要自己對面包板上元件進(jìn)行線路布置，增加了很大的難度。在此期間，除了需要對引腳較清楚的了解外，還要考慮電元件擺放和連線的美觀性等。通過這短暫幾天

18、的學(xué)習(xí)，讓我體會到想要使用數(shù)字電路的各類芯片實(shí)現(xiàn)某個功能的實(shí)際與理論又很大的區(qū)別。在我學(xué)習(xí)的過程中不僅考驗(yàn)了我對知識的吸收和掌握，而且也考驗(yàn)了我的細(xì)心和耐心。作為一個機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，我深知課程設(shè)計(jì)的重要性，這次課程設(shè)計(jì)我從剛開始的什么都不懂不會不敢不碰，到現(xiàn)在的基本了解了一個電路元件是如何構(gòu)成的。完成這次課程設(shè)計(jì)我覺得收獲很多，不但進(jìn)一步掌握了知識，還提高了自己的設(shè)計(jì)能力及動手能力，更多的是讓我看清了自己，明白了凡事需要耐心，理論知識的不足在這次實(shí)習(xí)中表現(xiàn)的很明顯。這將有助于我今后的學(xué)習(xí)，端正自己的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而更加努力的學(xué)習(xí)。只有這樣我們才能真正的去掌握它，而不是只懂得一點(diǎn)皮毛。 六、元器件清單 共陰極七段數(shù)碼管 4個 74ls192（